Диафрагменный электролиз

      Решение системы уравнений дает следующие  результаты:

                                                   

                               

   Так как  расхождения между вычисленными значениями нагрузок по испаряемой воде в каждом корпусе и предварительно принятыми не превышают 3%, пересчитывать  параметры процесса не будем.

   Тепловые  нагрузки по корпусам:

                                                               

 

   2.7 Определение  коэффициентов теплопередачи.

   Выбираем  конструкционный материал, стойкий в среде раствора NaOH в интервале изменения концентраций от 10 до 50% и температур от 120 до

165 ºС. В этих условиях химически стойкой является сталь марки Х18Н10Т; ее теплопроводность

   Примем, что суммарное термическое сопротивление равно термическому сопротивлению стенки и накипи . Термическое сопротивление со стороны пара не учитывается.

   Принимая  для всех корпусов толщину слоя накипи получаем:

   

   С достаточной  степенью точности для расчета можно  принять температуру пленки конденсата в греющих камерах выпарных аппаратов  равными температурам конденсации  греющего пара.

   Тогда:

 при 

 при 

при

 при   

Свойства  кипящих растворов NaOH и их паров. 

 

    Определим коэффициент В по корпусам:

                                         (4.7) 

 

                    

   Коэффициент теплоотдачи  при высоте труб l=5 м. равен:

                                                                                (4.8) 

    Так  как в выпарных аппаратах удельные  тепловые нагрузки заранее неизвестны, то их рассчитываем методом  последовательных приближений. 

Расчет  коэффициентов теплопередачи 

 

    Для предварительно вычисленных значений полезных разностей температур по корпусам удельные тепловые нагрузки соответственно равны:

 

    Коэффициенты  теплопередачи по корпусам равны:

 

    Полезные  разности температур в корпусах находим  из условия равенства их поверхностей теплопередачи:

                                                                                          (4.9) 
 

 

               

 

   Проверка  суммарной полезной разности температур:

   Площади поверхностей теплопередачи выпарных аппаратов:

   По  ГОСТ 11987-81 принимаем выпарной аппарат  со следующей характеристикой: площадь поверхности теплообмена диаметр труб  длина труб диаметр греющей камеры диаметр сепаратора высота аппарата масса аппарата 318000 кг. 
 
 
 
 
 
 
 

6.  Контроль  и автоматизация 

   Важными контролируемыми параметрами являются состав рассола, питающего электролизеры, состав получаемых электролитической  щелочи, хлор-газа и водорода, а также  концентрация хлора и водорода в сборных коллекторах и после охлаждения и компримирования газов.

   Регулируют  количество рассола, поступающего из цеха очистки на электролиз: уменьшение уровня рассола ниже допустимого  предела отмечается световым сигналом.

   Осуществляют  автоматическое регулирование температуры рассола после подогревателя.

     Полностью  автоматизирован процесс выпаривания.  Температуру электролитической  щелочи контролируют термометры  сопротивления, установленные после  подогревателей. Выход конденсата  из греющих камер выпарных аппаратов осуществляется автоматически с помощью регуляторов уровня, соединенных с вентилями, изменяющими количество отводимого конденсата. В каждом корпусе выпарной установки автоматически контролируют давление в греющей камере и в паровом пространстве, регулируют температуру раствора путем изменения уровня раствора в выпарных аппаратах при воздействии регулятора, который получает импульс от уровнемера. Концентрация растворов щелочи автоматически поддерживается по разности температур раствора в аппарате и вторичного пара, увлажненного конденсатом.

    Для  уменьшения расхода воды в  конденсаторах и поддержания  необходимого вакуума автоматически  регулируют подачу воды при  изменении температуры сточной  (барометрической) воды.

    Осуществляется  также автоматический контроль расхода пара, воды, электролитической щелочи, давления в трубопроводах и в аппаратах и напор, создаваемый насосами.

    Ведется  регулярный контроль концентрации  хлора в атмосфере цеха.

    Показателем  эффективности процесса служит  концентрация упаренного раствора, а целью управления – поддержание определенного значения этой концентрации.

    Расход  свежего раствора можно стабилизировать  или изменять для достижения  цели управления процессом выпаривания,  так как этот процесс в большинстве  случаев является основным в химических производствах. Так, его уменьшение приводит к снижению  скорости движения раствора по аппарату, а следовательно – к увеличению концентрации. То же можно сказать и о расходе упаренного раствора.

   Концентрация  свежего раствора определяется предшествующими технологическими процессами; ее изменения будут сильными возмущениями для процесса выпаривания. Расход паров растворителя определяется параметрами исходного раствора, а также режимными параметрами в аппарате.

    Если  предположить, что цель управления достигнута, т.е. концентрация на выходе из аппарата постоянна и соответствует заданной, то между температурой и давлением в аппарате будет соблюдаться определенная зависимость. Поэтому достаточно стабилизировать только один из этих параметров. В большинстве случаев – это давление в аппарате, которое можно регулировать изменением отбора пара из аппарата.

   Концентрацию  в настоящее время определяют по разности температур кипения раствора и растворителя (по температурной  депрессии). О ее значениях можно судить и по другим косвенным параметрам: плотности, удельной электропроводности, показателю преломления света или температуре замерзания упаренного раствора.

   Итак, для достижения цели управления процессом  следует регулировать температурную депрессию, давление в аппарате и расход теплоносителя.

   Для поддержания  материального баланса в аппарате необходимо регулировать уровень раствора изменением расхода упаренного раствора.

   В процессе выпаривания контролируют расходы  растворов, а также паров растворителя: температуры растворов; температуру, давление и расход теплоносителя; давление, температуру и уровень в аппарате; температурную депрессию. Сигнализации подлежат отклонение концентрации от заданного значения и прекращение подачи раствора.

   При управлении процессом выпаривания в многокорпусных установках стабилизируют концентрацию в последнем аппарате изменением расхода упаренного раствора. Уровень во всех аппаратах при таком способе стабилизации величины концентрации регулируется изменением расхода раствора, подаваемого в аппарат.

   Стабилизация  давления в аппаратах установки  обеспечивается самостоятельными регуляторами давления, сбрасывающими часть пара в общую линию паров растворителя. 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

\ 

   7. Техника безопасности 

   Безопасные  условия труда в производстве хлора, растворов гидроксидов щелочных металлов и водорода могут быть обеспечены только при обязательном учете физико-химических свойств продуктов электролиза  и реагентов, получаемых для очистки  рассола и осушки хлора. Опасность для обслуживающего персонала определяется высокой токсичностью хлора, взрывоопасностью смесей водорода с хлором и воздухом, раздражающим и обжигающим действием растворов гидроксидов щелочных металлов на слизистые оболочки и кожные покровы. Применяемые в производстве карбонат натрия хлороводородные и серные кислоты также могут служить причиной производственных травм.

   Предельно допустимая концентрация в воздухе  производственных помещений составляет , максимальная разовая концентрация в атмосферном воздухе в населенных пунктах – , среднесуточная - . В производствах хлора рабочие допускаются к исполнению своих обязанностей лишь при наличии спецодежды и средств индивидуальной защиты. Для защиты от хлора и кислых паров используют противогазы с коробками «В», «БКФ», от ртути – с коробками марки «Г». Все работы, связанные с наличием кислот, растворов гидроксидов щелочных металлов, рассола необходимо выполнять в защитных очках.

   Для поддержания  нормального санитарного состояния  атмосферы производственных помещений  необходимо, чтобы вся аппаратура и трубопроводы с газообразными  продуктами электролиза работали при  разряжении. При электролизе диафрагменным  методом в групповом водородном коллекторе следует поддерживать разряжение на (от 10-15 мм.водн.ст.) выше, чем в групповом коллекторе хлора, чтобы исключить попадания водорода в хлор, что крайне нежелательно для последующей переработки хлора. Токсические свойства хлора и взрывоопасность смесей водорода с хлором или воздухом, а также обжигающее действие кислот растворов гидроксидов щелочных металлов и рассола могут проявиться в первую очередь при выполнении ремонтных работ. В этой связи необходимо строго выполнять следующие требования техники безопасности.